(57)【要約】【課題】受けた風を効率良く回転駆動力として利用して発電効率を向上しうる風力発電用風車の羽根構造を提供する。【解決手段】柱体１２に横軸Ｘ回りに回転自在に支持されたベース１４と、ベース１４に取り付けられ該ベース１４から放射状に延設されて風Ｗｄを受けて横軸Ｘ回りに回転する複数の羽根体１６と、を含み、少なくとも１つの羽根体１６は風Ｗｄを受けて該羽根体１６を回転させる力を生じさせる風受面２２と、羽根体１６の回転時に当たる風を逃がす逃がし面２４と、を有し、風受面２２は風向（Ｗｄ）に直交する面に対して近い縁部と直交面Ｑから遠ざかる遠い縁部２８とを含む風受壁３０に形成され、風受面は、近い縁部から遠い縁部にかけて滑らかな連続円弧状凹面により形成されていることを特徴とする風力発電用風車の羽根構造から構成される。【選択図】図３
0003119351.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用風車の羽根構造であり、
柱体に横軸回りに回転自在に支持されたベースと、
ベースに取り付けられ該ベースから放射状に延設されて風を受けて横軸回りに回転する複数の羽根体と、を含み、
少なくとも１つの羽根体は風を受けて該羽根体を回転させる力を生じさせる風受面と、羽根体の回転時に当たる風を逃がす逃がし面と、を有し、
風受面は風向に直交する面に対して近い縁部と直交面から遠ざかる遠い縁部とを含む風受壁に形成され、
風受面は、近い縁部から遠い縁部にかけて滑らかな連続円弧状凹面により形成されていることを特徴とする風力発電用風車の羽根構造。
【請求項２】
逃がし面は、円弧状凹面の凹方向と同じ方向に凸の連続円弧状凸面からなる請求項１記載の風力発電用風車の羽根構造。
【請求項３】
風受面の近い縁部と遠い縁部を含む平面が、風向に直交する面に対して３５〜４５度の傾斜角度となるように設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の風力発電用風車の羽根構造。
【請求項４】
羽根体は内部が中空の直棹部材からなる請求項１ないし３のいずれかに記載の風力発電用風車の羽根構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電力消費量の増加に伴うエネルギー不足とともに、化石燃料の枯渇、さらには大気汚染や温暖化等の地球規模の環境問題等の点から自然の力を利用したクリーンエネルギーがクローズアップされている。この種の技術の一つとして風を利用した風力発電が知られており、従来の風力発電装置としては、例えば、地上に高く立設されたタワーの上端側に、発電機等を収容したナセルが設置され、該ナセルの前方側（風上側）に発電機と連結される横軸を含むプロペラ式風車が設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８６９３８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のようなプロペラ式風車が設けられた風力発電装置では、各羽根が、例えば風を受ける面が略平面で形成される板刃状の構造であるから、風が羽根に当たっても風は風下側に速く流れてしまい、該羽根に回転力を作用させるのに有効な力が少なく、その結果、エネルギーロスが大きくて発電効率が悪いものであった。また、発電効率を上げるために、風車の羽根を幅広くしたり、又は長さを長くして風を受ける面積を広くすることが考えられるが、風を受ける面積が広いと該羽根にかかる風圧も大きいので、特に強風時には羽根の風圧耐久度を超えて破損したり、強風で羽根の先端側が撓んだ際にタワーと衝突して破損してしまうという問題があった。
【０００４】
本考案は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、簡単な構造で、受けた風をより効率良く回転駆動力として利用することができ、発電効率を向上しうる風力発電用風車の羽根構造を提供することにある。さらに、他の目的は、発電効率をほとんど損なうことなく強風に対しても高い耐久性を有する風力発電用風車の羽根構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本考案は、風力発電用風車の羽根構造であり、柱体１２に横軸Ｘ回りに回転自在に支持されたベース１４と、ベース１４に取り付けられ該ベース１４から放射状に延設されて風Ｗｄを受けて横軸Ｘ回りに回転する複数の羽根体１６と、を含み、少なくとも１つの羽根体１６は風Ｗｄを受けて該羽根体１６を回転させる力を生じさせる風受面２２と、羽根体１６の回転時に当たる風を逃がす逃がし面２４と、を有し、風受面２２は風向（Ｗｄ）に直交する面に対して近い縁部と直交面Ｑから遠ざかる遠い縁部２８とを含む風受壁３０に形成され、風受面２２は、近い縁部２６から遠い縁部２８にかけて滑らかな連続円弧状凹面により形成されていることを特徴とする風力発電用風車の羽根構造１０から構成される。羽根体１６は、同一断面形状で形成されていてもよく、先端側に向けてテーパ状になるように設けられていても良い。複数の羽根体１６のうち一部又は全ての羽根体１６の風受面２２を連続円弧状凹面に設けることとしてもよい。また、羽根体の個数は２枚以上任意の数でよい。羽根体１６は、強度、耐候性等を含む耐久性があり、軽量のものが好適であり、例えば、アルミニウム、ジュラルミン等の軽金属、軽合金、又はＦＲＰ、その他の硬質合成樹脂、その他任意の硬質軽量素材で形成するとよい。なお、風受面２２の連続円弧状凹面の曲率は任意に設定される。
【０００６】
また、逃がし面２４は、円弧状凹面の凹方向と同じ方向に凸の連続円弧状凸面からなることとしてもよい。連続円弧状凸面の曲率は風の抵抗等を考慮して任意に設定される。
【０００７】
また、風受面２２の近い縁部２８と遠い縁部２６を含む平面Ｐが、風向（Ｗｄ）に直交する面Ｑに対して３５〜４５度の傾斜角度となるように設けられたこととしてもよい。
【０００８】
また、羽根体１６は内部が中空の直棹部材からなることとしてもよい。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の風力発電用風車の羽根構造によれば、風力発電用風車の羽根構造であり、柱体に横軸回りに回転自在に支持されたベースと、ベースに取り付けられ該ベースから放射状に延設されて風を受けて横軸回りに回転する複数の羽根体と、を含み、少なくとも１つの羽根体は風を受けて該羽根体を回転させる力を生じさせる風受面と、羽根体の回転時に当たる風を逃がす逃がし面と、を有し、風受面は風向に直交する面に対して近い縁部と直交面から遠ざかる遠い縁部とを含む風受壁に形成され、風受面は、近い縁部から遠い縁部にかけて滑らかな連続円弧状凹面により形成されている構成であるから、円弧状凹面により羽根体で受ける風を羽根体の回転させる力として有効に作用させて風力エネルギーを風車の回転エネルギーに高い効率で変換できる結果、発電効率を向上させ得る。
【００１０】
また、逃がし面は、円弧状凹面の凹方向と同じ方向に凸の連続円弧状凸面からなる構成であるから、風を切るような羽根体の回転により回転方向側から該羽根体が受ける風の抵抗を低減させて、回転速度の低下を防止できると同時に、羽根体の回転時の騒音も低減しうる。
【００１１】
また、風受面の近い縁部と遠い縁部を含む平面が、風向に直交する面に対して３５〜４５度の傾斜角度となるように設けられた構成であるから、風受面に風の当たる角度や面積等の設定を羽根体の回転させるために効率のよい条件で具体的に設計しうる。
【００１２】
また、羽根体は内部が中空の直棹部材からなる構成であるから、上記のような風受面又は逃がし面による効率のよい構成を維持しつつ強度を高め、強風時にも十分に耐えうる羽根体を実現できる。羽根体を長く設けた場合でも撓み等が生じにくく羽根構造を保持できる。さらに、内部を中空にすることで、羽根体の強度を維持しつつ軽量化を図れ、弱風にも対応して速やかに起動させうるとともに、材料コストも安くつく。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ本考案の風力発電用風車の羽根構造の実施の形態について説明する。本考案の風力発電用風車の羽根構造は、主として横軸回転の風力発電用風車に適用され、風の流れを有効に羽根体の回転力に変換させて、高い発電効率を期待できる羽根構造であり、例えば、家庭用、電力供給用等の小型から大型の種々の風力発電装置に適用できる。
【００１４】
図１ないし図４は、本考案の風力発電用風車の羽根構造（以下、単に「羽根構造」ともいう）の一実施形態を示している。本実施形態では、風力発電用風車の羽根構造１０は、図１、図２に示すように、例えば地面ＧＬ上に設置される風力発電装置１に適用された場合について説明する。本実施形態において、風力発電装置１は、コンクリート基礎部を介して略鉛直状に立設された柱体１２の上端部側に羽根構造１０を支持して設けられている。柱体１２の上端側には、発電機、増速機、ブレーキ装置等を収容する保護カバーとなるナセル部１８が設けられており、このナセル部１８の前方側に羽根構造１０が支持される。なお、本実施形態では、図２上、左側を前方側、右側を後方側とする。本実施形態において、羽根構造１０は、ベース１４と、複数の羽根体１６と、を含む。
【００１５】
図１、図２に示すように、ベース１４は、柱体１２のナセル部１８に横軸Ｘ周りに回転自在に支持されている。ベース１４は、例えば、柱体１２に対して風上側に配置されており、本実施形態では、図２において、風向（風Ｗｄの矢視方向）が前方（左）側から後方（右）側に向けて流れているとすると、ベース１４はナセル部１８の前方側に配置されている。ベース１４は、ナセル部１８内の発電機側に回転動力を伝達する風車軸２０の前端側に一体的に固定されて支持されている。風車軸２０は、その軸中心を横軸Ｘとして、該横軸Ｘ周りに自在に回転するようにナセル部１８に支持されている。ベース１４は、本実施形態では、例えば、風車軸２０よりも径の大きい円柱状の胴部と紡錘状又は円錐形状の前端部を一体化させた形状に形成されており、その胴部周面側に複数の羽根体１６が一体的に取り付けられて、該羽根体１６を風車軸２０に連結している。
【００１６】
図１、図３、図４に示すように、羽根体１６は、ベース１４から放射状に延設されており、風Ｗｄを受けてベース１４と一体的に横軸Ｘ周りに回転する。羽根体１６は、風Ｗｄを受けて該羽根体１６を回転させる力Ｆを生じさせる風受面２２と、該羽根体１６の回転時にその回転方向側から当たる風を逃がす逃がし面２４と、を有している。本実施形態では、３つの羽根体１６が、正面視で横軸Ｘを中心としてベース１４の回りに等間隔で取り付けられており、羽根体１６の回転面は風向（Ｗｄ）に対して直交している。各羽根体１６は、例えば、ジュラルミン等の強度の高い軽合金からなり、中空の直棹部材で設けられている。直棹部材は、図３に示すような、断面異形三角形状で長手方向に同一に形成されている。この直棹部材は、風受壁３０と風切壁３２とを有しており、それぞれの外側面に風受面２２と逃がし面２４とが形成されている。
【００１７】
詳細には、直棹部材は前方側からの風向（Ｗｄ）に直交する直交面Ｑに対して近い縁部２６と直交面Ｑから遠ざかる遠い縁部２８とを含む風受壁３０を有しており、該風受壁３０の外面側に風受面２２が形成されている。本実施形態では、羽根体１６を先端側から見た際に、羽根体１６の左側に近い縁部２６が、右側に遠い縁部２８が形成されて、風Ｗｄを受けると左側へ回転力Ｆを受けるようになっており、羽根体は横軸Ｘ中心に左周り回転するように設けられている。風受面２２は、前記近い縁部２６から遠い縁部２８にかけて連続円弧状凹面により形成されている。これにより、前方側から吹く風が円弧面に当たることで風向きと直交方向となる回転方向への力Ｆを有効に生じさせることができ、高効率で羽根体を回転させることができる。さらに、風受面２２は、該風受面の近い縁部２６と遠い縁部２８を含む平面Ｐが、風向（Ｗｄ）に対する直交面Ｑに対して４５度の傾斜角度となるように設けられている。なお、風受面２２の近い縁部２６と遠い縁部２８を含む平面Ｐの直交面Ｑに対する傾斜角度θは、風力エネルギーを回転エネルギーに変換させる効率の点から３５〜４５度が好適である。例えば、傾斜角度が３５度より小さい角度では、受けた風を回転方向に作用させる成分が小さくなる。一方、角度が４５度より大きい角度では、風を受ける面積が小さくなるので効率が低下する。
【００１８】
一方、風切壁３２は、風受壁３０の両縁部（２６，２８）に接続されつつ風受部２２の凹方向と略同じ方向に突出しつつ、風受壁３０との間に中空内部Ｓを形成するように略く字状に形成されている。すなわち、逃がし面２４は、風切壁３２の外面側に設けられる上記円弧状凹面の凹方向と同じ方向に凸の連続円弧状凸面からなり、近い縁部２６から遠い縁部２８側に後方側に断面略く字状に形成された面である。本実施形態では、逃がし面２４を形成する連続円弧状凸面は、曲率が異なる円弧面をその弧方向連続して面となっている。逃がし面２４は、風を切るように回転する羽根体の回転時に、該羽根体の風切壁３２に当たる風を主として羽根体１６の後方側に逃がすように凸の先端部が前方側によった位置で設定されて設けられており、風の流れが乱流の発生の低減を期待できる。なお、逃がし面２４は、同じ曲率の円弧面を連続させて連続円弧状凸面を形成してもよい。
【００１９】
次に本実施形態に係る風力発電用風車の羽根構造の作用について説明する。図２、図３に示すように、前方側から風Ｗｄが吹くと、風Ｗｄが羽根体の風受面２２に当たり、羽根体１６に左周り（図１、参照）の回転力Ｆが生じて回転する。そして、ベース１４によって羽根体に連結された回転軸２０を介して発電機に回転エネルギーが伝達されて発電する。この際、風受面２２は連続円弧状凹面からなるので、風を効率良く羽根体の回転させる力に変換させることができる。さらに、羽根体の回転時には、羽根体１６の逃がし面２４が連続円弧状凸面で形成されているから、回転方向側から羽根体に当たる風は該円弧状凸面に沿ってスムーズに流れることとなり、羽根体の回転方向側の空気抵抗を低減させて円滑な回転を維持するとともに、羽根体回転時の騒音を低減しうる。これにより、相乗的に風のエネルギーを風車の回転エネルギーに効率良く変換させることができ、発電効率を向上させうる。なお、本実施形態の羽根構造体が適用される風力発電装置では、例えば、変化する風向に対応して羽根構造が風向に対して直交に向け得るように、ナセル部を柱体本体に対して縦軸回りに回動自在に設けるとともに、該ナセル部に尾翼を設ける構成としてもよい。
【００２０】
以上説明した本考案の風力発電用風車の羽根構造は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載した本考案の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本考案の風力発電用風車の羽根構造は、家庭用、ビルの屋上、工場、業務用電力供給等或いは陸上、洋上等その他多様な場面において、小型から大型の風力発電施設、装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本考案の実施形態に係る風力発電用風車の羽根構造を備えた風力発電装置の概略を示す正面図である。
【図２】図１の風力発電装置の側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面の要部拡大説明図である。
【図４】本実施形態に係る風力発電用風車の羽根構造の要部の斜視説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  風力発電用風車の羽根構造
１２  柱体
１４  ベース
１６  羽根体
２２  風受面
２４  逃がし面
２６  近い縁部
２８  遠い縁部
３０  風受壁
Ｘ  横軸
【図１】
0003119351.tif 000003
【図２】
0003119351.tif 000004
【図３】
0003119351.tif 000005
【図４】
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